Соленость воды и солевой баланс Азовского моря

Соленость вод моря как важнейший абиотический фактор среды в значительной мере прямо и косвенно определяет состояние экосистемы моря. Азовское море относится к солоновато водным водоемам и по существу представляет собой большую зону смешения речных и черноморских вод. Соленость северо-восточной части моря (Таганрогский залив) и прибрежных восточных районов находится под существенным влиянием стока рек Дона и Кубани, а южный предпроливной район испытывает значительное влияние черноморских вод.

Меньшую роль в формировании режима солености играют другие составляющие водного баланса моря (атмосферные осадки и др.). Косвенная, но немаловажная роль в изменениях солеобразующих факторов, а, следовательно, и солености принадлежит общей циркуляции атмосферы. В результате исследований было установлено, что наибольшее влияние на изменение среднегодовой солености вод Азовского моря оказывает поступление суммарного речного стока, который весьма существенно регулирует соотношение азовского и черноморского потоков. На основании анализа полученных экспериментальных результатов выявлены физически обоснованные, устойчивые связи составляющих водообмена с суммарным речным стоком.

Многолетние изменения солености вод Азовского моря. Для характеристики многолетних изменений солености были рассчитаны ее среднегодовые значения для моря без учета Таганрогского залива средневзвешенным методом. Тем же способом были определены среднегодовые характеристики солености вод Таганрогского залива.

Многолетний ход солености вод Азовского моря являлся предметом исследования целого ряда авторов. Расхождения в среднегодовых значениях солености открытой части моря, полученные различными авторами, в большинстве случаев невелики. Максимальные из них составляют 0,6 ‰. Авторами данной работы при анализе многолетнего хода солености в Азовском море были использованы среднегодовые значения солености, полученные на основе материалов регулярных наблюдений, проводимых на судах Госкомгидромета СССР, АзНИИРХ и Министерства рыбного хозяйства СССР.

В данной работе рассматривается многолетний ряд наблюдений за соленостью Азовского моря с 1922 по 1989 г.

Соленость Азовского моря характеризуется большой временной и пространственной изменчивостью. Межгодовые изменения средней солености моря без Таганрогского залива достигают ±0,7 ... ±0,9 ‰, а в отдельные годы даже 1 ‰ (1979 г.). В Таганрогском заливе размах межгодовых изменений средней солености достигает 2,0-2,5 ‰ с максимумом 3,6 ‰ (1969 г.). Многолетний размах среднегодовых значений солености моря по имеющемуся ряду наблюдений (1928-1939, 1947-1989 гг.) составляет 4,3 ‰ (9,6 ‰ в 1933 и 1934 гг. и 13,9 ‰ в 1976 г.). В Таганрогском заливе этот размах равен 6,9 ‰ (4,2 ‰ в 1947 г., 11,1 ‰ в 1976 г.). Межгодовые и многолетние изменения солености имеют нерегулярный характер. Так, после относительно небольших колебаний солености в период 1922-1931 гг. в пределах 10,4-10,9 ‰ она к 1932 г. резко снижается до 9,4 ‰, а с 1933 г. начинает расти и к 1939 г. достигает 12,1 ‰. С 1947 г. соленость в течение восьми лет в целом увеличивалась с 10,7 до 12,7 ‰. С 1955 по 1965 г. соленость снова уменьшается до 11,1 ‰, после чего наступает длительный период ее устойчивого увеличения до 13,9 ‰ (1976 г.). С 1976 г. соленость снова резко уменьшается до 11,1 ‰ (1982 г.), затем следует непродолжительный рост до 12,1 ‰ и снова снижение. В 1989 г. средняя соленость моря составляла 11,4 ‰.

Таким образом, в различные периоды времени соленость вод имеет различные по направлению и величине тренды, которые формируются под влиянием многих вышеуказанных факторов.

Бассейн Азовского моря представляет собой обширный район тесного взаимодействия развитых аграрно-промышленных комплексов и морской экосистемы. Вследствие малых размеров моря и его небольших глубин основные элементы гидрологического и гидрохимического режима моря и состояние экосистемы подвержены существенным антропогенным изменениям. По режиму солености, в частности, принято выделять период до ввода в строй Цимлянского гидроузла (1922-1952 гг.) и после него.

Относительно большой приток речных вод, который до 1952 г. (при сравнительно небольших безвозвратных изъятиях стока) составлял в среднем более 40 км3 в год, обусловливал пониженную соленость в море: в среднем 10,9 ‰, при максимуме 12,3 ‰ (1951 г.) и минимуме 9,6 ‰ (1932, 1933 гг.). В Таганрогском заливе средняя соленость за этот период составляла 6,2 ‰ и изменялась от 8,5 ‰ в 1950 г. до 4,2 ‰ в 1947 г.

После строительства Цимлянского гидроузла и осуществления других водохозяйственных мероприятий в бассейнах рек Дона и Кубани в период 1953-1989 гг. средняя соленость моря увеличилась до 12,1 ‰ и изменялась от 13,9 ‰ в 1976 г. до 11,1 ‰ в 1965 и 1982 гг. В Таганрогском заливе произошли аналогичные изменения солености. Средняя соленость увеличилась до 7,5 ‰, максимальная - до 11,1 ‰ (1976 г.), минимальная - до 4,3 ‰ (1964 г.). Дополнительной характеристикой изменчивости солености могут служить значения линейного тренда, вычисленные для различных периодов.

I период 1952-1955 гг., - когда колебания речного стока составили 28-50 км3, соленость моря возросла, а различия между среднегодовым значениями солености уменьшились до 0,7 ‰ (0,14 ‰/год).

II период 1856-1966 гг., - когда колебания речного стока составили 30-54 км3, соленость несколько уменьшается, линейный тренд примерно равен 0,4 ‰.

III период 1967-1976 гг. - характеризуется неуклонным увеличением солености с 11,5 до 13,9 ‰. Колебания речного стока составили 20-44 км3. Для данного периода был также рассчитан линейный тренд солености, который оказался равным 3,4 ‰. При рассмотрении пространственного распределения значений среднегодовой солености в Азовском море в самом неблагоприятном 1976 г. установлено, что площадь с соленостью вод, не превышающей 7 ‰, сократилась до 1,3 тыс. км2, а с соленостью, не превышающей 11 ‰, - до 3 тыс. км2. Одновременно около 20 тыс. км2 собственно Азовского моря занимали воды соленостью 13-14 ‰, около 12 тыс. км2 - воды соленостью 14-14,4 ‰. Около 40 % площади Таганрогского залива были заняты водами соленостью 13 ‰. Таким образом, по данным АзНИИРХ, для всех популяций полупроходных рыб и молоди осетровых удовлетворительные условия по солености в рассматриваемый период сохранились лишь на незначительной части акватории Таганрогского залива.

IV период 1977-1982 гг. - характеризуется резким снижением солености с 13,9 до 11,1 ‰. При этом колебания речного стока составили от 32 до 50 км3. В 1983-1989 гг. соленость изменялась в пределах 11,4-12,1 ‰. Средняя за 80-е годы соленость собственно Азовского моря составляла 11,7 ‰, а Таганрогского залива - 7,2 ‰.

Начиная с 1979 г. значительно расширились зоны с соленостью вод, не превышающей 7 ‰ (до 3,3 тыс. км2), 9 ‰ (до 4,1 тыс. км2), 11 ‰ (до 5,4 тыс. км2), 12 ‰ - 9,7 тыс. км2. Аналогичное пространственное распределение солености по акватории Азовского моря сохранилось в 1980 г. и в последующие годы. В 1981 г. в собственно Азовском море соленость более 12 ‰ наблюдалась только в небольшом районе, непосредственно примыкающем к Керченскому проливу. Сезонные изменения солености вод рассматривались по девяти районам моря, выделенным в последнее время в ГОИН.

Анализ сезонных изменений показывает, что в различных районах моря характер годового хода солености и его значения неоднозначны. Наибольшие сезонные изменения отмечаются в IX районе, в вершине Таганрогского залива. Разность между наибольшей соленостью зимой и наименьшей летом составляет в среднем 1,84 ‰. Многолетний диапазон изменений солености достигает летом почти 12 ‰. Распределение солености по всему диапазону асимметричное. Большинство значений солености находится в области 0,3-6,3 ‰. В VIII районе, занимающем небольшую акваторию в центральной части Таганрогского залива, разность между наибольшей соленостью (осенью) и наименьшей (летом) уменьшается по сравнению с разностью в IX районе почти вдвое. Асимметрия распределения в общем диапазоне сохраняется, но выражена слабее. В западной части Таганрогского залива (район VII) средняя разность между наибольшей (осенью) и наименьшей соленостью (весна) уменьшается до 0,65 ‰. Наибольшая повторяемость солености находится в диапазоне 9-12 ‰. В северо-западной части моря, включающей в себя Белосарайский и Бердянский заливы (район VI), характер сезонного хода и средний размах солености аналогичны этим характеристикам в VII районе, но наибольшая повторяемость солености смещена в диапазон 11,2-12,7 ‰. Наименьшие сезонные изменения солености отмечаются в предпроливном Керченском районе (район III) и в районе V, занимающем большую часть центрального района открытого моря. В этих районах наблюдается наиболее высокая по морю средняя соленость, общий диапазон изменения солености сужен по сравнению с таковым в других районах (табл. 3.13 и 3,14). Весьма большие значения средней солености наблюдаются в юго-восточной части Азовского моря (район II), что объясняется близостью Керченского пролива и слабым распреснением вод на приглубом устьевом взморье Кубани.

Вертикальное распределение солености на большей части акватории Азовского моря весьма однородно. Это объясняется мелководностью моря, что приводит к полному ветро-волновому перемешиванию всей толщи вод уже при умеренной скорости ветра. Даже в зонах активного смешения речных и морских вод в Таганрогском и Темрюкском заливах и азовских и черноморских вод в предпроливном Керченском районе, несмотря на наличие больших горизонтальных градиентов солености, в большинстве случаев вертикальные профили солености существенно выравниваются уже на небольшом расстоянии от зоны непосредственного контакта смешиваемых вод.

Такие ситуации преобладают в Азовском море, однако в отдельные промежутки времени при определенных условиях могут возникать весьма большие вертикальные градиенты солености. Так, например, в IX районе (вершина Таганрогского залива) осенью 1975 и 1976 гг. разность между соленостью в поверхностном и придонном слоях составляла свыше 5 ‰. В центральной и западной частях Таганрогского залива (районы VIII и VII) вертикальные разности солености достигают 3-4,5 ‰, в предпроливном Керченском районе 4,5-4,8 ‰. В центральной части моря (V район) измеренная разность составляла 3,5 ‰.

Наиболее часто большие вертикальные градиенты солености отмечаются в Темрюкском заливе (II район), где воды Кубани выносятся на приглубое устьевое взморье. Весной 1980 г. здесь разность солености у поверхности и у дна достигала 9 ‰.

Вероятно, максимальные вертикальные градиенты солености, формирующиеся зимой в Таганрогском и Темрюкском заливах при наличии сплошного ледяного покрова в случае, когда ветро-волновое перемешивание отсутствует, и пресные речные воды подо льдом покрывают нижележащие осолоненные слои воды, могут значительно превосходить вышеприведенные значения. Однако данных о вертикальном распределении солености зимой в этих районах практически нет. Средние же значения разности солености в поверхностном и придонном слоях в этих районах составляют округленно 0,4-0,6 ‰. Во всех остальных районах моря они заведомо меньше.

Солевой баланс

К наиболее основательным исследованиям солевого баланса Азовского моря следует отнести работы [5, 22, 40, 61, 74, 94].

Солевой баланс представляет собой производную водного баланса, поскольку его составляющие являются произведениями объемов воды, участвующих в водном балансе, на их соленость (минерализацию) и плотность. Аналогично уравнению водного баланса уравнение солевого баланса Азовского моря записывается в следующем виде:

где V обозначены соответствующие составляющие водного баланса (см. предыдущий раздел), S - соленость (или минерализация) и ? - плотность вод. Здесь не учтены подземная составляющая, приход солей с атмосферными осадками и уход в атмосферу с испарением из-за их незначительности, а также выпадение сухих солей из атмосферы (например, во время пылевых бурь) вследствие отсутствия данных.

При расчетах солевого баланса были приняты следующие значения солености (минерализации) и плотности составляющих: Sp =0,39 г/л за 1923-1950 гг., 0,42 г/л за 1951-1975 гг. и 0,64 г/л за 1976-1985 гг.; SЧ =17,6 ‰, ? =1,014 г/см3; SС =18,9 ‰, ?С =1,015 г/см3; ?А =1,010 г/см3. Соленость азовской воды, стекающей в Черное море и Сиваш, принята переменной, равной солености первого и третьего районов соответственно, согласно принятому районированию Азовского моря. Далее по изменению содержания солей в море (?m) рассчитывалось изменение солености в настоящем году по формуле

где ?S, ?m, и ?V - приращения солености, массы солей и объема воды в расчетном году соответственно; Si-1 и Vi-1 - соленость и объем моря в предшествовавшем году, ? - плотность азовских вод.

Результаты расчетов солевого баланса показывают, что ведущая роль, как в приходной, так и в расходной частях принадлежит солеобмену через Керченский пролив. В приходной части он составляет 96 %, а в расходной - 98 %. Это обстоятельство явилось основной причиной разработки предложений и проектов регулирования водо-солеобмена в Керченском проливе для оптимизации солевого режима Азовского моря в условиях дефицита пресной воды в его бассейне.

Многолетний размах колебаний величин основных составляющих солевого баланса весьма велик.

По нашим данным, за 1923-1985 гг. приток черноморских солей изменился более чем вдвое - от 430 млн. т в 1981 г. до 903 млн. т в 1935 г. (средний 635 млн. т).

Отток азовских солей в Черное море в 1984 г. составлял 467 млн. т, в 1940 г, - 849 млн. т (средний 633 млн. т). Самый большой относительный многолетний размах, несмотря на малую абсолютную величину, имеет приток солей с речными водами - от 8,4 млн. т в 1935 и 1969 гг. до 32,2 млн. т в 1979 г. (средний 16,5 млн. т), т. е. изменяется почти в четыре раза.

Следует иметь в виду, что расчеты солевого баланса, выполненные прямым путем, являются весьма приближенными, поэтому расхождения между расчетными и наблюденными значениями солености (невязки) иногда бывают значительными. По нашим данным, в 14 случаях из 58 (24%) невязки превышают 0,5 ‰ и в отдельные годы достигают 0,9 ‰. Это объясняется, на наш взгляд, главным образом недостаточной изученностью механизма водо-солеобмена через Керченский пролив, хотя возможны и другие причины погрешностей. Достаточно сказать, что даже по данным наблюдений соленость моря, определяемая по нескольким гидрологическим съемкам за навигационный период, представляется весьма приближенной.

Тем не менее, приведенные здесь данные о солевом балансе Азовского моря дают о нем в целом правильное представление. Половина всех невязок не превышает ±0,2 ‰.